JP2015156322A - Electric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気デバイスに関する。 The present invention relates to electrical devices.
従来から、例えば電池のような電気デバイスは、正極と負極とをセパレータを介して積層して発電要素を構成し、セパレータに電解液を含侵させつつ、発電要素を外装体によって封止している。 Conventionally, for example, an electric device such as a battery includes a positive electrode and a negative electrode laminated via a separator to constitute a power generation element, and the power generation element is sealed with an exterior body while impregnating the separator with an electrolyte. Yes.
ところで、過充電等により電解液が分解されて発生したガスによって、外装体の内圧が外圧より大きくなった場合に、そのガスを外部に排出して電池の変形を抑制する構成がある（たとえば、特許文献１参照。）。 By the way, when the internal pressure of the exterior body becomes larger than the external pressure due to the gas generated by the decomposition of the electrolytic solution due to overcharge or the like, there is a configuration that discharges the gas to the outside and suppresses deformation of the battery (for example, (See Patent Document 1).
しかしながら、上記の特許文献１の構成によれば、外装体の内部のガスを排出することから、電池の変形は抑止できるものの、外装体の内部の圧力を十分に維持することできないことから、隣り合う電極間の距離が短くなり過度な電流が流れてしまう虞がある。 However, according to the configuration of Patent Document 1 described above, since the gas inside the exterior body is discharged, the deformation of the battery can be suppressed, but the pressure inside the exterior body cannot be sufficiently maintained. There is a possibility that an excessive current flows because the distance between the matching electrodes is shortened.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、過充電等によって発生するガスに起因した内圧の上昇を解消して、所期の電気特性を満たすことができる電気デバイスの提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an electrical device capable of satisfying intended electrical characteristics by eliminating an increase in internal pressure caused by gas generated by overcharging or the like. With the goal.
上記目的を達成する本発明に係る電気デバイスは、発電要素、外装体、および排出部を有している。発電要素は、正極と負極とをセパレータを介して積層してなる。外装体は、発電要素を収納し、開口を有する。排出部は、外装体の開口に設けられ、発電要素から発生したガスによって外装体の内方の圧力が第１の圧力を超えるとガスを外装体の外部に放出して第２の圧力まで減圧する。 An electrical device according to the present invention that achieves the above object includes a power generation element, an exterior body, and a discharge portion. The power generation element is formed by laminating a positive electrode and a negative electrode via a separator. The exterior body accommodates the power generation element and has an opening. The discharge part is provided at the opening of the exterior body, and when the pressure inside the exterior body exceeds the first pressure due to the gas generated from the power generation element, the gas is discharged to the outside of the exterior body to reduce the pressure to the second pressure. To do.
上記のように構成した電気デバイスによれば、排出部によって、外装体の内方の圧力を第１の圧力から第２の圧力の範囲内に維持する。したがって、発電要素からガスが発生しても、外装体の内方の圧力が第１の圧力を超えないことから、外装体や発電要素の過剰な変形を抑制することができる。一方、外装体の内方の圧力が第２の圧力を下らないことから、隣り合う電極間の距離を一定以上に保つことができ、発電要素に過度な電流が流れるのを抑制することができる。このようなことから、電気デバイスは、発生するガスに起因した内圧の上昇を解消して、所期の電気特性を満たすことができる。 According to the electrical device configured as described above, the pressure inside the exterior body is maintained within the range from the first pressure to the second pressure by the discharge portion. Therefore, even if gas is generated from the power generation element, the inner pressure of the exterior body does not exceed the first pressure, so that excessive deformation of the exterior body and the power generation element can be suppressed. On the other hand, since the inner pressure of the exterior body does not drop the second pressure, the distance between adjacent electrodes can be maintained at a certain level or more, and excessive current can be prevented from flowing through the power generation element. For this reason, the electrical device can eliminate the increase in internal pressure due to the generated gas and satisfy the desired electrical characteristics.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る第１〜第３実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。図１〜図１１の全ての図において、Ｘ、Ｙ、およびＺで表す矢印を用いて、方位を示している。Ｘで表す矢印の方向は、リチウムイオン二次電池の長手方向であって電極タブを導出させている方向である。Ｙで表す矢印の方向は、リチウムイオン二次電池の短手方向であってＸ方向と交差している方向である。Ｚで表す矢印の方向は、リチウムイオン二次電池の積層方向である。 Hereinafter, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The sizes and ratios of the members in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may be different from the actual sizes and ratios. In all of FIGS. 1 to 11, the azimuth is indicated by using arrows represented by X, Y, and Z. The direction of the arrow represented by X is the longitudinal direction of the lithium ion secondary battery and the direction in which the electrode tab is led out. The direction of the arrow represented by Y is the short direction of the lithium ion secondary battery and the direction intersecting the X direction. The direction of the arrow represented by Z is the stacking direction of the lithium ion secondary battery.
（第１実施形態）
第１実施形態に係る電気デバイスは、図１〜図４に示すように、例えばリチウムイオン二次電池１００に相当する。リチウムイオン二次電池１００は、発電要素１０１を外装体４０によって収納している。発電要素１０１は、正極１０と負極２０を、セパレータ３０を介して積層して構成している。リチウムイオン二次電池１００は、発電要素１０１から発生したガスに起因して内圧が所定値１を超えると、その所定値１を超えたガスを外部に排出して所定値２まで減圧する排出部５０によって、内圧を所定の範囲内に維持する。
(First embodiment)
The electrical device according to the first embodiment corresponds to, for example, a lithium ion secondary battery 100 as shown in FIGS. In the lithium ion secondary battery 100, the power generation element 101 is accommodated by the exterior body 40. The power generation element 101 is configured by laminating a positive electrode 10 and a negative electrode 20 with a separator 30 interposed therebetween. When the internal pressure exceeds a predetermined value 1 due to the gas generated from the power generation element 101, the lithium ion secondary battery 100 discharges the gas exceeding the predetermined value 1 to the outside to reduce the pressure to the predetermined value 2. By 50, the internal pressure is maintained within a predetermined range.
まず、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００の構成について、図１〜図４を参照しながら説明する。 First, the configuration of the lithium ion secondary battery 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図１は、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００を示す斜視図である。図２は、図１のリチウムイオン二次電池１００を各構成部材に分解して示す分解斜視図である。図３は、図１のリチウムイオン二次電池１００の要部を示す斜視図である。図４は、図３の要部を断面で示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a lithium ion secondary battery 100 according to the first embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the lithium ion secondary battery 100 of FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a main part of the lithium ion secondary battery 100 of FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the main part of FIG. 3 in cross section.
リチウムイオン二次電池１００は、正極１０と負極２０とをセパレータ３０を介して積層してなる発電要素１０１、発電要素１０１を収納する外装体４０、および外装体４０の内方の圧力を所定の範囲内に維持する排出部５０を備えている。以下、リチウムイオン二次電池１００を構成する各構成部材について順に説明する。 The lithium ion secondary battery 100 includes a power generation element 101 formed by laminating a positive electrode 10 and a negative electrode 20 with a separator 30 interposed therebetween, an exterior body 40 that houses the power generation element 101, and an inner pressure of the exterior body 40 with a predetermined pressure. A discharge unit 50 is provided which is maintained within the range. Hereinafter, each component which comprises the lithium ion secondary battery 100 is demonstrated in order.
発電要素１０１は、例えば、正極１０と負極２０とをセパレータ３０を介して積層して構成している。 For example, the power generation element 101 is configured by laminating a positive electrode 10 and a negative electrode 20 with a separator 30 interposed therebetween.
正極１０は、図１および図２に示し、電極に相当する。 The positive electrode 10 is shown in FIGS. 1 and 2 and corresponds to an electrode.
正極１０は、導電体である正極集電体１１の両面に正極活物質１２を結着して形成している。電力を取り出す正極電極端子１１ａは、正極集電体１１の一端の一部から延在している。積層方向Ｚに沿って複数積層した正極１０の正極電極端子１１ａは、溶接によって互いに固定している。 The positive electrode 10 is formed by binding a positive electrode active material 12 to both surfaces of a positive electrode current collector 11 which is a conductor. The positive electrode terminal 11 a from which power is extracted extends from a part of one end of the positive electrode current collector 11. A plurality of positive electrode terminals 11a of the positive electrodes 10 stacked in the stacking direction Z are fixed to each other by welding.
正極活物質１２は、ＬｉＭｎ２Ｏ４（平均粒子径１５μｍ、８５質量％）、導電助剤に相当するアセチレンブラック（５質量％）、およびバインダに相当するＰＶｄＦ（１０質量％）からなる固形分を用いて形成した。この固形分に対して、スラリーの粘度を調整するための溶媒に相当するＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加して、正極スラリーを作製した。正極集電体１１に相当するアルミニウム箔（長手方向２１０ｍｍ×短手方向１８１ｍｍおよび層厚２０μｍ）の両面に対して、正極スラリーを塗布しつつ乾燥させた後、プレス加工を行った。このようにして、片面塗工量が１８ｍｇ／ｃｍ２、正極集電体１１を含む両面塗工での層厚が１５７μｍの仕様からなる正極１０を作製した。 The positive electrode active material 12 has a solid content of LiMn 2 O 4 (average particle size 15 μm, 85% by mass), acetylene black (5% by mass) corresponding to a conductive additive, and PVdF (10% by mass) corresponding to a binder. Formed using. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) corresponding to a solvent for adjusting the viscosity of the slurry was added to the solid content to prepare a positive electrode slurry. The aluminum foil (longitudinal direction 210 mm × short side direction 181 mm and layer thickness 20 μm) corresponding to the positive electrode current collector 11 was dried while applying the positive electrode slurry, and then subjected to press working. In this manner, a positive electrode 10 having a specification that the coating amount on one side was 18 mg / cm 2 and the layer thickness in the double-side coating including the positive electrode current collector 11 was 157 μm was produced.
負極２０は、図１および図２に示し、正極１０と極性が異なる電極に相当する。 The negative electrode 20 corresponds to an electrode shown in FIGS. 1 and 2 and having a polarity different from that of the positive electrode 10.
負極２０は、導電体である負極集電体２１の両面に負極活物質２２を結着して形成している。負極電極端子２１ａは、正極１０に形成した正極電極端子１１ａと重ならないように、負極集電体２１の一端の一部から延在して形成している。負極２０の長手方向（Ｘ方向）の長さは、正極１０の長手方向の長さよりも長い。負極２０の短手方向（Ｙ方向）の長さは、正極１０の短手方向の長さと同様である。積層方向（Ｚ方向）に沿って複数積層された負極２０の負極電極端子２１ａは、溶接によって互いに固定している。 The negative electrode 20 is formed by binding a negative electrode active material 22 to both surfaces of a negative electrode current collector 21 which is a conductor. The negative electrode terminal 21 a extends from a part of one end of the negative electrode current collector 21 so as not to overlap the positive electrode terminal 11 a formed on the positive electrode 10. The length of the negative electrode 20 in the longitudinal direction (X direction) is longer than the length of the positive electrode 10 in the longitudinal direction. The length of the negative electrode 20 in the short direction (Y direction) is the same as the length of the positive electrode 10 in the short direction. A plurality of negative electrode terminals 21a of the negative electrode 20 stacked in the stacking direction (Z direction) are fixed to each other by welding.
負極活物質２２は、人造黒鉛（平均粒子径２０μｍ、９５質量％）、導電助剤に相当するアセチレンブラック（２質量％）、およびバインダに相当するスチレンブタジエンゴム（２質量％）とＣＭＣ１％（エーテル化度０．８、平均分子量３５万）からなる固形分を用いて形成した。この固形分に対して、スラリーの粘度を調整するための溶媒に相当するイオン交換水を添加して、負極スラリーを作製した。負極集電体２１に相当する銅箔（長手方向２１５ｍｍ×短手方向１８８ｍｍおよび層厚１５μｍ）の両面に対して、負極スラリーを塗布しつつ乾燥させた後、プレス加工を行った。このようにして、片面塗工量が５．１ｍｇ／ｃｍ２，負極集電体２１を含む両面塗工での層厚が８２μｍの仕様からなる負極２０を作製した。 The negative electrode active material 22 is composed of artificial graphite (average particle size 20 μm, 95% by mass), acetylene black (2% by mass) corresponding to a conductive additive, and styrene butadiene rubber (2% by mass) corresponding to a binder and CMC 1% ( It was formed using a solid content having an etherification degree of 0.8 and an average molecular weight of 350,000. Ion exchange water corresponding to a solvent for adjusting the viscosity of the slurry was added to the solid content to prepare a negative electrode slurry. The copper foil (longitudinal direction 215 mm × short side direction 188 mm and layer thickness 15 μm) corresponding to the negative electrode current collector 21 was dried while applying the negative electrode slurry, and then pressed. In this way, a negative electrode 20 having a specification that the coating amount on one side was 5.1 mg / cm 2 and the layer thickness in the double-side coating including the negative electrode current collector 21 was 82 μm was produced.
セパレータ３０は、図２に示し、正極１０と負極２０を電気的に隔離するものである。 The separator 30 is shown in FIG. 2 and electrically isolates the positive electrode 10 and the negative electrode 20.
セパレータ３０は、正極１０と負極２０の間に積層している。セパレータ３０は、例えば、１５枚の正極１０と１６枚の負極２０を、１枚ずつ交互に積層している。セパレータ３０は、正極１０と負極２０との間に電解液を保持して、イオンの伝導性を担保している。セパレータ３０は、矩形状に形成している。セパレータ３０の長手方向（Ｘ方向）の長さは、負極電極端子２１ａの部分を除いた負極２０の長手方向の長さよりも長い。セパレータ３０は、長手方向２１９ｍｍ、短手方向１９１ｍｍ、および層厚２５μｍに形成している。セパレータ３０は、たとえば、微多孔膜からなるポリエチレンまたはポリプロピレンのポリオレフィン系の材料からなり、シート状に形成している。セパレータ３０には、電解液を含浸させている。 The separator 30 is laminated between the positive electrode 10 and the negative electrode 20. In the separator 30, for example, 15 positive electrodes 10 and 16 negative electrodes 20 are alternately stacked one by one. The separator 30 holds an electrolytic solution between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 to ensure ion conductivity. The separator 30 is formed in a rectangular shape. The length in the longitudinal direction (X direction) of the separator 30 is longer than the length in the longitudinal direction of the negative electrode 20 excluding the portion of the negative electrode terminal 21a. The separator 30 is formed in a longitudinal direction of 219 mm, a lateral direction of 191 mm, and a layer thickness of 25 μm. The separator 30 is made of a polyolefin-based material such as polyethylene or polypropylene made of a microporous film, and is formed in a sheet shape. The separator 30 is impregnated with an electrolytic solution.
セパレータ３０に含侵させる電解液は、溶媒とリチウム塩との合計の１００質量％に対して、２質量％のビニレンカーボネートを添加して作製した。上記の溶媒は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を３０：３０：４０の体積比で混合して形成した。上記のリチウム塩は、１．０ＭのＬｉＰＦ６である。１．０Ｍは、混合溶媒およびリチウム塩の混合物におけるリチウム塩（ＬｉＰＦ６）の濃度を表している。 The electrolyte solution impregnated in the separator 30 was prepared by adding 2% by mass of vinylene carbonate to 100% by mass of the total of the solvent and the lithium salt. The solvent was formed by mixing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 30:30:40. Lithium salts of the above are LiPF 6 of 1.0 M. 1.0 M represents the concentration of the lithium salt (LiPF 6 ) in the mixture of the mixed solvent and the lithium salt.
外装体４０は、図１〜図４に示し、発電要素１０１を収納し、開口を有する。 The exterior body 40 is shown in FIGS. 1-4, accommodates the electric power generation element 101, and has an opening.
外装体４０は、発電要素１０１を被覆して収納するラミネートシート４１を含んでいる。ラミネートシート４１は、内部に金属板を備え、長尺に形成している。ラミネートシート４１は、Ｕ字状に屈折した状態で、発電要素１０１を積層方向（Ｚ方向）に沿った両側から被覆して収納している。すなわち、外装体４０は、１枚のラミネートシート４１によって、発電要素１０１を内包して、その３辺を封止している。 The exterior body 40 includes a laminate sheet 41 that covers and stores the power generation element 101. The laminate sheet 41 has a metal plate inside and is formed in a long shape. The laminate sheet 41 covers and stores the power generating element 101 from both sides along the stacking direction (Z direction) in a state of being refracted in a U shape. That is, the exterior body 40 encloses the power generation element 101 with a single laminate sheet 41 and seals its three sides.
ラミネートシート４１は、Ｕ字状のＺ方向に沿った部分の中央に、排出部５０を接続する連通孔４１ａを開口している。排出部５０を連通孔４１ａに接続したラミネートシート４１は、発電要素１０１を収納する際に、その周囲の一部を開放した状態で、その他の周囲を熱溶着等によって封止する。つぎに、電解液を、ラミネートシート４１の開放している部分から注入し、セパレータ３０等に含浸させる。その後、ラミネートシート４１は、開放部から内部を減圧することによって空気を抜きつつ、開放部も熱融着して完全に密封する。 The laminate sheet 41 has a communication hole 41a that connects the discharge portion 50 at the center of the U-shaped portion along the Z direction. The laminate sheet 41 in which the discharge portion 50 is connected to the communication hole 41a seals the other periphery by thermal welding or the like in a state where a part of the periphery is opened when the power generation element 101 is accommodated. Next, an electrolytic solution is injected from the open portion of the laminate sheet 41 and impregnated in the separator 30 or the like. Thereafter, the laminate sheet 41 is completely sealed by heat-sealing the open portion while releasing air by decompressing the inside from the open portion.
外装体４０のラミネートシート４１は、例えば、３種類の材料を積層して３層構造を形成している。１層目は、熱融着性樹脂に相当し、例えばポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、またはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を用いている。１層目の材料は、負極２０に隣接させる。２層目は、金属を箔状に形成したものに相当し、例えばＡｌ箔を用いている。３層目は、樹脂性のフィルムに相当し、例えば剛性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはナイロンを用いている。 The laminate sheet 41 of the exterior body 40 has, for example, a three-layer structure formed by laminating three kinds of materials. The first layer corresponds to a heat-fusible resin and uses, for example, polyethylene (PE), ionomer, or ethylene vinyl acetate (EVA). The first layer material is adjacent to the negative electrode 20. The second layer corresponds to a metal foil formed, for example, an Al foil. The third layer corresponds to a resinous film and uses, for example, rigid polyethylene terephthalate (PET) or nylon.
排出部５０は、外装体４０の内方の圧力を所定の範囲内に維持する。具体的には、排出部５０は、外装体４０の開口に設けられ、発電要素１０１から発生したガスによって外装体４０の内方の圧力が第１の圧力を超えるとガスを外装体４０の外部に放出して第２の圧力まで減圧する。 The discharge part 50 maintains the pressure inside the exterior body 40 within a predetermined range. Specifically, the discharge unit 50 is provided at the opening of the outer body 40, and when the internal pressure of the outer body 40 exceeds the first pressure by the gas generated from the power generation element 101, the gas is discharged to the outside of the outer body 40. And reduced to a second pressure.
排出部５０は、弁座５１、外筒５２、支持板５３、螺旋バネ５４、封止弁５５、および熱融着テープ５６を含む。弁座５１は、例えば、耐熱性を備えたステンレスからなり、中央が開口した円盤状に形成している。弁座５１は、ラミネートシート４１の連通孔４１ａに対して、互いの開口部分を合わせつつ接着剤によって接合している。外筒５２は、例えば、耐熱性を備えたステンレスからなり、円筒形状に形成している。外筒５２は、弁座５１に対して、互いの開口部分を合わせつつ接着剤によって接合している。支持板５３は、例えば、耐熱性を備えたステンレスからなり、円盤状に形成している。支持板５３は、外筒５２の内部に挿通し、外筒５２の内部に形成した突起に当接している。支持板５３は、ガスを排出する開口に相当する排出孔５３ａを複数備えている。 The discharge unit 50 includes a valve seat 51, an outer cylinder 52, a support plate 53, a spiral spring 54, a sealing valve 55, and a heat sealing tape 56. The valve seat 51 is made of, for example, stainless steel having heat resistance, and is formed in a disk shape having an open center. The valve seat 51 is joined to the communication hole 41a of the laminate sheet 41 with an adhesive while aligning the openings. The outer cylinder 52 is made of stainless steel having heat resistance, for example, and is formed in a cylindrical shape. The outer cylinder 52 is joined to the valve seat 51 by an adhesive while matching the opening portions of the outer cylinder 52. The support plate 53 is made of stainless steel having heat resistance, for example, and is formed in a disk shape. The support plate 53 is inserted into the outer cylinder 52 and is in contact with a protrusion formed inside the outer cylinder 52. The support plate 53 includes a plurality of discharge holes 53a corresponding to openings for discharging gas.
螺旋バネ５４は、弾力性を備えた金属からなり、螺旋状に形成している。螺旋バネ５４は、支持板５３と封止弁５５の間に配設している。螺旋バネ５４は、支持板５３を外筒５２の内部の突起に対して押圧しつつ、封止弁５５を弁座５１に対して押圧している。螺旋バネ５４は、その材質や形状やバネ定数等を適宜設定して、第２の圧力に相当する所望の押圧力を得る。螺旋バネ５４に換えて、耐熱性および伸縮性を備えた円柱形状のゴムを用いてもよい。封止弁５５は、耐熱性を備えたステンレスからなり、円盤状に形成している。封止弁５５は、外筒５２に挿通している。封止弁５５は、螺旋バネ５４に押圧されて弁座５１に付勢している。熱融着テープ５６は、弁座５１とラミネートシート４１にそれぞれ密着して、弁座５１とラミネートシート４１を強固に接合している。排出部５０の各部材は、ガスの温度を考慮して、耐熱性を備えた金属を用いている。 The spiral spring 54 is made of a metal having elasticity and is formed in a spiral shape. The spiral spring 54 is disposed between the support plate 53 and the sealing valve 55. The spiral spring 54 presses the sealing valve 55 against the valve seat 51 while pressing the support plate 53 against the protrusion inside the outer cylinder 52. The helical spring 54 has a desired pressing force corresponding to the second pressure by appropriately setting the material, shape, spring constant, and the like. Instead of the spiral spring 54, a cylindrical rubber having heat resistance and stretchability may be used. The sealing valve 55 is made of stainless steel having heat resistance and is formed in a disk shape. The sealing valve 55 is inserted through the outer cylinder 52. The sealing valve 55 is pressed against the valve seat 51 by being pressed by the spiral spring 54. The heat sealing tape 56 is in close contact with the valve seat 51 and the laminate sheet 41, and firmly bonds the valve seat 51 and the laminate sheet 41. Each member of the discharge unit 50 uses a metal having heat resistance in consideration of the gas temperature.
ここで、排出部５０おける第１の圧力の値に関して、外装体４０の内方の圧力が高いほど、電流を抑制する効果が高く、イオンの移動を阻害させることができる。したがって、第１の圧力の値は、外装体４０のラミネートシート４１を過剰に変形させたり破壊させたりしない範囲において、可能な限り高く設定することが望ましい。第１の圧力の値は、リチウムイオン二次電池１００の容量、活物質と電解液の種類、ラミネートシート４１の強度、パッケージの容積等に依存する。したがって、第１の圧力の値は、各々のリチウムイオン二次電池１００の仕様に応じて実験等の結果を参考にしながら決定する。第２の圧力の値は、第１の圧力の値と同じ値とすることが望ましい。但し、第２の圧力の値は、電流を抑制する効果が発揮される範囲において、第１の圧力の値よりも低くてもよい。 Here, regarding the value of the first pressure in the discharge part 50, the higher the inner pressure of the exterior body 40, the higher the effect of suppressing the current and the inhibition of ion movement. Therefore, the value of the first pressure is desirably set as high as possible within a range in which the laminate sheet 41 of the exterior body 40 is not excessively deformed or destroyed. The value of the first pressure depends on the capacity of the lithium ion secondary battery 100, the types of active material and electrolyte, the strength of the laminate sheet 41, the volume of the package, and the like. Therefore, the value of the first pressure is determined with reference to the results of experiments and the like according to the specifications of each lithium ion secondary battery 100. The value of the second pressure is desirably the same value as the value of the first pressure. However, the value of the second pressure may be lower than the value of the first pressure as long as the effect of suppressing the current is exhibited.
つぎに、第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００の作用について、図４を参照しながら説明する。 Next, the operation of the lithium ion secondary battery 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
排出部５０は、封止弁５５を、螺旋バネ５４によってＸ方向に沿って直線状に移動させつつ開閉させる。Ｘ方向は、リチウムイオン二次電池１００の長手方向に相当する。移動させた封止弁５５は、図４中に破線で示している。封止弁５５の移動方向は、図４中に矢印で示している。支持板５３と封止弁５５に挟まれた螺旋バネ５４は、発電要素１０１から発生したガスによって外装体４０の内方の圧力が第１の圧力を超えると、封止弁５５を介して押圧されてＸ方向に沿って縮小する。その結果、螺旋バネ５４に接続している封止弁５５は、弁座５１から離間する。外装体４０の内方のガスは、封止部材（封止弁５５）と弁座５１の隙間から外部に排出する。 The discharge part 50 opens and closes the sealing valve 55 while moving it linearly along the X direction by the spiral spring 54. The X direction corresponds to the longitudinal direction of the lithium ion secondary battery 100. The moved sealing valve 55 is indicated by a broken line in FIG. The moving direction of the sealing valve 55 is indicated by an arrow in FIG. The spiral spring 54 sandwiched between the support plate 53 and the sealing valve 55 is pressed via the sealing valve 55 when the pressure inside the exterior body 40 exceeds the first pressure by the gas generated from the power generation element 101. The image is reduced along the X direction. As a result, the sealing valve 55 connected to the spiral spring 54 is separated from the valve seat 51. The gas inside the exterior body 40 is discharged to the outside through the gap between the sealing member (sealing valve 55) and the valve seat 51.
排出部５０において、螺旋バネ５４は、外装体４０の内方のガスの圧力が、第１の圧力から第２の圧力に下がるとともに伸長して元の形状に戻る。したがって、封止弁５５は、外装体４０の内方のガスの圧力が下がるとともに、弁座５１に接近する。封止弁５５は、外装体４０の内方のガスが第２の圧力まで減圧したときに、弁座５１に当接して封止する。このようにして、排出部５０は、外装体４０の内方のガスの圧力を、第１の圧力から第２の圧力の範囲内に維持する。 In the discharge part 50, the spiral spring 54 expands and returns to its original shape as the pressure of the gas inside the outer body 40 decreases from the first pressure to the second pressure. Therefore, the sealing valve 55 approaches the valve seat 51 as the pressure of the gas inside the outer body 40 decreases. The sealing valve 55 contacts and seals the valve seat 51 when the gas inside the exterior body 40 is reduced to the second pressure. Thus, the discharge part 50 maintains the pressure of the gas inside the exterior body 40 within the range from the first pressure to the second pressure.
排出部５０によって、リチウムイオン二次電池１００が過充電等によって発生するガスに起因した内圧の上昇に対応して所期の電気特性を満たすことができることを、実験に基づき検証し、良好な結果を得ることができた。 The discharge unit 50 verifies that the lithium ion secondary battery 100 can satisfy the expected electrical characteristics corresponding to the increase in internal pressure caused by the gas generated by overcharging, etc. Could get.
具体的には、先ず、製造したリチウムイオン二次電池１００を初回充電した。すなわち、リチウムイオン二次電池１００を０．０５ＣＡの電流値で４．２Ｖまで定電流で充電した後、定電圧で充電した。充電時間は、定電流および定電圧による充電を合わせて２５時間である。その後、リチウムイオン二次電池１００を４０℃に保持した恒温槽に９６時間保持した。その後、リチウムイオン二次電池１００を２５℃に保持した恒温槽において、１Ｃの電流レートで２．５Ｖまで放電を行った後、１０分間の休止時間を設けた。 Specifically, first, the manufactured lithium ion secondary battery 100 was charged for the first time. That is, the lithium ion secondary battery 100 was charged at a constant current up to 4.2 V at a current value of 0.05 CA, and then charged at a constant voltage. The charging time is 25 hours including charging with a constant current and a constant voltage. Thereafter, the lithium ion secondary battery 100 was held in a thermostatic bath maintained at 40 ° C. for 96 hours. Then, after discharging to 2.5 V at a current rate of 1 C in a thermostat holding the lithium ion secondary battery 100 at 25 ° C., a 10 minute rest period was provided.
初回充電を完了させたリチウムイオン二次電池１００に対して過充電試験を行った。すなわち、リチウムイオン二次電池１００を放電させ、ＳＯＣ０％の状態から、１２５Ａの電流で５．８Ｖまで定電流で充電した後、定電圧で充電を行った。リチウムイオン二次電池１００は、外装体４０の内方の圧力を所定の範囲内に維持する排出部５０によって、発電要素１０１を高抵抗状態に保持し、電池機能が保持できることを確認した。過充電等に起因して発電要素１０１からガスが発生したが、外装体４０の内方の圧力が第１の圧力を超えず、外装体４０や発電要素１０１の過剰な変形を抑制することができた。一方、外装体４０の内方の圧力が第２の圧力を下らず、隣り合う電極間の距離を一定以上に保つことができ、発電要素１０１における過電流の発生を抑制することができた。 An overcharge test was performed on the lithium ion secondary battery 100 that had been initially charged. That is, the lithium ion secondary battery 100 was discharged, charged from a SOC 0% state at a constant current up to 5.8 V at a current of 125 A, and then charged at a constant voltage. It was confirmed that the lithium ion secondary battery 100 can maintain the battery function by holding the power generation element 101 in a high resistance state by the discharge unit 50 that maintains the inner pressure of the exterior body 40 within a predetermined range. Although gas is generated from the power generation element 101 due to overcharge or the like, the inner pressure of the exterior body 40 does not exceed the first pressure, and excessive deformation of the exterior body 40 or the power generation element 101 can be suppressed. did it. On the other hand, the inner pressure of the exterior body 40 did not drop the second pressure, the distance between adjacent electrodes could be kept above a certain level, and the generation of overcurrent in the power generation element 101 could be suppressed. .
上述した第１実施形態によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。 According to 1st Embodiment mentioned above, there exists an effect by the following structures.
電気デバイス（リチウムイオン二次電池１００）は、発電要素１０１、外装体４０、および排出部５０を有している。発電要素１０１は、正極１０と負極２０とをセパレータ３０を介して積層してなる。外装体４０は、発電要素１０１を収納し、開口を有する。排出部５０は、外装体４０の開口に設けられ、発電要素１０１から発生したガスによって外装体４０の内方の圧力が第１の圧力を超えるとガスを外装体４０の外部に放出して第２の圧力まで減圧する。 The electric device (lithium ion secondary battery 100) includes a power generation element 101, an exterior body 40, and a discharge unit 50. The power generation element 101 is formed by laminating a positive electrode 10 and a negative electrode 20 with a separator 30 interposed therebetween. The exterior body 40 houses the power generation element 101 and has an opening. The discharge part 50 is provided in the opening of the outer body 40. When the pressure generated inside the outer body 40 exceeds the first pressure by the gas generated from the power generation element 101, the discharge unit 50 discharges the gas to the outside of the outer body 40 and generates Reduce pressure to 2 pressure.
このような構成によれば、リチウムイオン二次電池１００は、排出部５０によって、外装体４０の内方の圧力を第１の圧力から第２の圧力の範囲内に維持する。したがって、過充電等に起因して発電要素１０１からガスが発生しても、外装体４０の内方の圧力が第１の圧力を超えないことから、外装体４０や発電要素１０１の過剰な変形を抑制することができる。一方、外装体４０の内方の圧力が第２の圧力を下らないことから、隣り合う電極間の距離を一定以上に保つことができ、発電要素１０１に過度な電流が流れるのを抑制することができる。このようなことから、リチウムイオン二次電池１００は、過充電等によって発生するガスに起因した内圧の上昇を解消して、所期の電気特性を満たすことができる。 According to such a configuration, the lithium ion secondary battery 100 maintains the inner pressure of the exterior body 40 within the range from the first pressure to the second pressure by the discharge unit 50. Therefore, even if gas is generated from the power generation element 101 due to overcharge or the like, the inner pressure of the exterior body 40 does not exceed the first pressure, so that the exterior body 40 or the power generation element 101 is excessively deformed. Can be suppressed. On the other hand, since the inner pressure of the exterior body 40 does not drop the second pressure, the distance between the adjacent electrodes can be maintained at a certain level or more, and excessive current can be prevented from flowing through the power generation element 101. it can. For this reason, the lithium ion secondary battery 100 can eliminate the increase in internal pressure caused by gas generated by overcharging or the like, and satisfy the intended electrical characteristics.
ここで、発電要素１０１は、正極１０と負極２０とをセパレータ３０を介して積層して構成していることから、電極に張力が付与されていない。したがって、過充電に起因した電解液の分解によってガスが発生した場合、容易に電極間距離が広がり、イオン移動をより抑制することができる。したがって、リチウムイオン二次電池１００は、発電要素１０１における過度な電流を抑制し、電池機能を十分に保持することができる。 Here, since the power generation element 101 is configured by laminating the positive electrode 10 and the negative electrode 20 with the separator 30 interposed therebetween, no tension is applied to the electrode. Therefore, when gas is generated due to decomposition of the electrolytic solution due to overcharging, the distance between the electrodes is easily increased, and ion movement can be further suppressed. Therefore, the lithium ion secondary battery 100 can suppress an excessive current in the power generation element 101 and can sufficiently maintain the battery function.
さらに、電気デバイス（リチウムイオン二次電池１００）において、外装体４０は、発電要素１０１を被覆して封止するラミネートシート４１を備えた構成とすることができる。 Furthermore, in the electric device (lithium ion secondary battery 100), the outer package 40 can be configured to include a laminate sheet 41 that covers and seals the power generation element 101.
このような構成によれば、ラミネートシート４１は内圧に応じて容易に変形させることができる。 According to such a configuration, the laminate sheet 41 can be easily deformed according to the internal pressure.
さらに、電気デバイス（リチウムイオン二次電池１００）において、排出部５０は、外装体４０に開口した連通孔４１ａを覆って封止する封止部材（封止弁５５）と、封止部材（封止弁５５）を連通孔４１ａに対して押圧する押圧部材とを備える構成とすることができる。ここで、封止部材（封止弁５５）は、外装体４０の内方の圧力が第１の圧力を超えると連通孔４１ａから離間し、外装体４０の内方の圧力が第２の圧力以下になると連通孔４１ａを封止する。 Furthermore, in the electric device (lithium ion secondary battery 100), the discharge unit 50 includes a sealing member (sealing valve 55) that covers and seals the communication hole 41a opened in the exterior body 40, and a sealing member (sealing). It can be set as the structure provided with the press member which presses the stop valve 55) with respect to the communicating hole 41a. Here, the sealing member (sealing valve 55) is separated from the communication hole 41a when the pressure inside the exterior body 40 exceeds the first pressure, and the pressure inside the exterior body 40 is the second pressure. The communication hole 41a is sealed when it becomes below.
このような構成によれば、簡便および軽量であって低コストで実現できる機構によって、外装体４０の内方の圧力を十分に保持することができる。すなわち、外装体４０の内方の圧力が第１の圧力を超えると連通孔４１ａを開放しつつ、第２の圧力を下ると連通孔４１ａを封止することができる。押圧部材に押圧された封止弁５５が、例えば連通孔４１ａに備えられた弁座５１に当接して密接していることから、外装体４０の内部の電解液が外部に漏れることがない。 According to such a configuration, the pressure inside the exterior body 40 can be sufficiently held by a mechanism that is simple and lightweight and can be realized at low cost. That is, the communication hole 41a can be sealed when the second pressure is lowered while the communication hole 41a is opened when the pressure inside the exterior body 40 exceeds the first pressure. Since the sealing valve 55 pressed by the pressing member is in close contact with, for example, the valve seat 51 provided in the communication hole 41a, the electrolytic solution inside the exterior body 40 does not leak to the outside.
さらに、電気デバイス（リチウムイオン二次電池１００）において、押圧部材は、弾性力を備えた螺旋状の弾性体（螺旋バネ５４）からなる構成とすることができる。 Furthermore, in the electric device (lithium ion secondary battery 100), the pressing member can be configured by a spiral elastic body (spiral spring 54) having an elastic force.
このような構成によれば、押圧部材に螺旋バネ５４を用いる簡便な構成によって、封止弁５５を開閉させて、外装体４０の内方の圧力を第１の圧力から第２の圧力の範囲内に維持することができる。螺旋バネ５４は、その材質や形状やバネ定数等を適宜設定して、第２の圧力に相当する所望の押圧力を得ることが容易である。螺旋バネ５４は、外装体４０の内方のガスの圧力が、第１の圧力から第２の圧力に下がるとともに元の形状に戻る。したがって、封止弁５５は、外装体４０の内方のガスの圧力が下がるとともに、例えば弁座５１に対して連続的に接近させることができる。螺旋バネ５４は、耐熱性を備えた金属から形成すれば、高温のガスにも対応することができる。 According to such a configuration, the sealing valve 55 is opened and closed by a simple configuration using the spiral spring 54 as the pressing member, and the inner pressure of the exterior body 40 is in the range from the first pressure to the second pressure. Can be maintained within. The spiral spring 54 can easily obtain a desired pressing force corresponding to the second pressure by appropriately setting the material, shape, spring constant, and the like. The spiral spring 54 returns to its original shape as the pressure of the gas inside the exterior body 40 decreases from the first pressure to the second pressure. Therefore, the sealing valve 55 can be made to continuously approach the valve seat 51, for example, while the pressure of the gas inside the exterior body 40 falls. If the spiral spring 54 is formed of a metal having heat resistance, it can cope with a high-temperature gas.
さらに、電気デバイス（リチウムイオン二次電池１００）において、排出部５０は、外装体４０の連通孔４１ａと、連通孔４１ａから離間した封止部材（封止弁５５）との隙間から排出したガスを、排気部（支持板５３の排出孔５３ａ）を介して排出する構成とすることができる。 Further, in the electric device (lithium ion secondary battery 100), the discharge part 50 is a gas discharged from the gap between the communication hole 41a of the outer body 40 and the sealing member (sealing valve 55) spaced from the communication hole 41a. Can be discharged through the exhaust portion (discharge hole 53a of the support plate 53).
このような構成によれば支持板５３の排出孔５３ａによって、排出部５０から排出したガスの排出方向を設定することができる。特に、排出部から排出されるガスが、高温であって、その排出方向が限定されるような場合に有効である。 According to such a configuration, the discharge direction of the gas discharged from the discharge portion 50 can be set by the discharge hole 53 a of the support plate 53. This is particularly effective when the gas discharged from the discharge section is at a high temperature and its discharge direction is limited.
さらに、電気デバイス（リチウムイオン二次電池１００）において、排出部５０は、ガスを、発電要素１０１の積層方向（Ｚ方向）と交差する方向（Ｘ方向またはＹ方向）に向かって排気部（支持板５３の排出孔５３ａ）から排出する構成とすることができる。 Further, in the electric device (lithium ion secondary battery 100), the discharge unit 50 discharges the gas toward the direction (X direction or Y direction) intersecting the stacking direction (Z direction) of the power generation element 101 (supporting direction). It can be configured to discharge from the discharge hole 53a) of the plate 53.
このような構成によれば、薄型で扁平形状のリチウムイオン二次電池１００を１つのパッケージに複数配設する場合、積層方向（Ｚ方向）に沿って密に収納することができる。したがって、パッケージ内における体積エネルギー密度を高めることができる。 According to such a configuration, when a plurality of thin and flat lithium ion secondary batteries 100 are arranged in one package, they can be densely accommodated along the stacking direction (Z direction). Therefore, the volume energy density in the package can be increased.
（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例に係る電気デバイスは、図５および図６に示すように、例えばリチウムイオン二次電池２００に相当する。リチウムイオン二次電池２００の排出部６０は、前述したリチウムイオン二次電池１００の排出部５０と異なり、湾曲した板バネ６４によって封止弁５５を弁座５１に対して付勢している。すなわち、第１実施形態の変形例に係るリチウムイオン二次電池２００は、封止弁５５を、板バネ６４の基端部６４ａを基準にして回転するように移動させつつ開閉させる。一方、前述した第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００は、封止弁５５を、螺旋バネ５４によってＸ方向に沿って直線状に移動させつつ開閉させる。
(Modification of the first embodiment)
The electrical device according to the modification of the first embodiment corresponds to, for example, a lithium ion secondary battery 200 as shown in FIGS. Unlike the discharge part 50 of the lithium ion secondary battery 100 described above, the discharge part 60 of the lithium ion secondary battery 200 urges the sealing valve 55 against the valve seat 51 by a curved leaf spring 64. That is, the lithium ion secondary battery 200 according to the modification of the first embodiment opens and closes the sealing valve 55 while moving the sealing valve 55 so as to rotate with respect to the base end portion 64 a of the leaf spring 64. On the other hand, in the lithium ion secondary battery 100 according to the first embodiment described above, the sealing valve 55 is opened and closed while being moved linearly along the X direction by the spiral spring 54.
第１実施形態の変形例においては、前述した第１実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。 In the modification of the first embodiment, the same reference numerals are used for components having the same configuration as in the first embodiment described above, and the above description is omitted.
まず、第１実施形態の変形例に係るリチウムイオン二次電池２００の構成について、図５および図６を参照しながら説明する。 First, the configuration of a lithium ion secondary battery 200 according to a modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
図５は、第１実施形態の変形例に係るリチウムイオン二次電池２００の要部を示す斜視図である。図６は、図５の要部を断面で示す斜視図である。 FIG. 5 is a perspective view showing a main part of a lithium ion secondary battery 200 according to a modification of the first embodiment. FIG. 6 is a perspective view showing the main part of FIG. 5 in cross section.
排出部６０は、前述した排出部５０の弁座５１と封止弁５５および熱融着テープ５６を備え、螺旋バネ５４に換えて板バネ６４を備えている。排出部６０は、外筒５２および支持板５３を用いていない。板バネ６４は、弾力性を備えた金属からなり、湾曲した長尺形状に形成している。板バネ６４は、その根元側の基端部６４ａを弁座５１に接合し、先端側を封止弁５５に接合している。板バネ６４は、弾性変形領域の範囲内において歪ませて配設することによって、封止弁５５を弁座５１に対して付勢させている。すなわち、封止弁５５は、板バネ６４の弾性力によって弁座５１に密着している。板バネ６４は、その材質や形状を適宜設定して、第２の圧力に対応する所望の付勢力を得る。 The discharge unit 60 includes the valve seat 51, the sealing valve 55, and the heat fusion tape 56 of the discharge unit 50 described above, and includes a plate spring 64 instead of the spiral spring 54. The discharge unit 60 does not use the outer cylinder 52 and the support plate 53. The leaf spring 64 is made of a metal having elasticity and is formed in a curved long shape. The leaf spring 64 has a base end 64 a on the base side joined to the valve seat 51 and a tip side joined to the sealing valve 55. The leaf spring 64 is distorted in the range of the elastic deformation region to urge the sealing valve 55 against the valve seat 51. That is, the sealing valve 55 is in close contact with the valve seat 51 by the elastic force of the leaf spring 64. The plate spring 64 is appropriately set in material and shape to obtain a desired urging force corresponding to the second pressure.
つぎに、第１実施形態の変形例に係るリチウムイオン二次電池２００の作用について、図６を参照しながら説明する。 Next, the operation of the lithium ion secondary battery 200 according to the modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
排出部６０は、封止弁５５を、板バネ６４の基端部６４ａを基準にして回転するように移動させつつ開閉させる。移動させた封止弁５５は、図６中に破線で示している。封止弁５５の移動方向は、図６中に矢印で示している。具体的には、封止弁５５に接続している板バネ６４は、発電要素１０１から発生したガスによって外装体４０の内方の圧力が第１の圧力を超えると、封止弁５５を介して押圧されて弾性変形する。その結果、板バネ６４に接続している封止弁５５は、弁座５１から離間する。外装体４０の内方のガスは、封止部材（封止弁５５）と弁座５１の隙間から外部に排出する。 The discharge part 60 opens and closes the sealing valve 55 while moving the sealing valve 55 so as to rotate with respect to the base end part 64 a of the leaf spring 64. The moved sealing valve 55 is indicated by a broken line in FIG. The moving direction of the sealing valve 55 is indicated by an arrow in FIG. Specifically, the leaf spring 64 connected to the sealing valve 55 passes through the sealing valve 55 when the pressure inside the outer body 40 exceeds the first pressure by the gas generated from the power generation element 101. It is pressed and elastically deformed. As a result, the sealing valve 55 connected to the leaf spring 64 is separated from the valve seat 51. The gas inside the exterior body 40 is discharged to the outside through the gap between the sealing member (sealing valve 55) and the valve seat 51.
排出部６０において、板バネ６４は、外装体４０の内方のガスの圧力が、第１の圧力から第２の圧力に下がるとともに元の形状に戻る。したがって、封止弁５５は、外装体４０の内方のガスの圧力が下がるとともに、弁座５１に接近する。封止弁５５は、外装体４０の内方のガスが第２の圧力まで減圧したときに、弁座５１に当接して封止する。このようにして、排出部６０は、外装体４０の内方のガスの圧力を、第１の圧力から第２の圧力の範囲内に維持する。 In the discharge part 60, the leaf spring 64 returns to its original shape as the pressure of the gas inside the exterior body 40 decreases from the first pressure to the second pressure. Therefore, the sealing valve 55 approaches the valve seat 51 as the pressure of the gas inside the outer body 40 decreases. The sealing valve 55 contacts and seals the valve seat 51 when the gas inside the exterior body 40 is reduced to the second pressure. In this way, the discharge unit 60 maintains the pressure of the gas inside the exterior body 40 within the range from the first pressure to the second pressure.
上述した第１実施形態の変形例によれば、前述した第１実施形態に係る作用効果に加えて、以下の構成によって作用効果を奏する。 According to the modification of 1st Embodiment mentioned above, in addition to the effect which concerns on 1st Embodiment mentioned above, there exists an effect by the following structures.
電気デバイス（リチウムイオン二次電池２００）において、押圧部材は、弾性力を備えた板状の弾性体（板バネ６４）からなる構成とすることができる。 In the electric device (lithium ion secondary battery 200), the pressing member can be made of a plate-like elastic body (plate spring 64) having an elastic force.
このような構成によれば、リチウムイオン二次電池２００は、弁座５１に対する板バネ６４の基端部６４ａの取り付け位置を適宜選択することによって、ガスの排出方向を、Ｘ方向を軸とした全方位のうちの任意の方位に設定できる。例えば、図６に示す板バネ６４の場合、基端部６４ａの取り付け位置を弁座５１の図中上方にしている。このような場合、封止弁５５は、板バネ６４の基端部６４ａを基準に回転しつつ開き、図中下方に開口が臨む。したがって、排出部６０は、ガスの排出方向を図中の下方に設定することができる。すなわち、板バネ６４の基端部６４ａと対向する方向にガスを排出することができる。 According to such a configuration, the lithium ion secondary battery 200 appropriately selects the attachment position of the base end portion 64a of the leaf spring 64 with respect to the valve seat 51, so that the gas discharge direction is set to the X direction as an axis. It can be set to any direction among all directions. For example, in the case of the leaf spring 64 shown in FIG. 6, the attachment position of the base end portion 64 a is set upward in the drawing of the valve seat 51. In such a case, the sealing valve 55 opens while rotating with reference to the base end portion 64a of the leaf spring 64, and the opening faces downward in the drawing. Therefore, the discharge unit 60 can set the gas discharge direction downward in the drawing. That is, the gas can be discharged in a direction facing the base end portion 64 a of the leaf spring 64.
また、リチウムイオン二次電池２００は、板バネ６４を湾曲させる簡便な構成によって、封止弁５５を弁座５１に対して開閉させて、外装体４０の内方の圧力を第１の圧力から第２の圧力の範囲内に維持することができる。 Moreover, the lithium ion secondary battery 200 opens and closes the sealing valve 55 with respect to the valve seat 51 with a simple configuration in which the leaf spring 64 is bent, so that the inner pressure of the exterior body 40 is changed from the first pressure. It can be maintained within the second pressure range.
また、リチウムイオン二次電池２００は、板バネ６４を湾曲させる簡便な構成によって、排出部６０の全長（Ｘ方向に沿った長さ）を短縮することができる。したがって、リチウムイオン二次電池２００は、設置に必要なスペースを減少させることができ、かつ、他の部材との干渉を回避させ易くすることができる。 Moreover, the lithium ion secondary battery 200 can shorten the full length (length along the X direction) of the discharge portion 60 with a simple configuration in which the leaf spring 64 is curved. Therefore, the lithium ion secondary battery 200 can reduce the space required for installation, and can easily avoid interference with other members.
（第２実施形態）
第２実施形態に係る電気デバイスは、図７および図８に示すように、例えばリチウムイオン二次電池３００に相当する。リチウムイオン二次電池３００は、前述したリチウムイオン二次電池１００および２００と異なり、排出部５０を各構成部材の積層方向（Ｚ方向）に沿って配設している。すなわち、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池３００は、ガスの排出方向を電池の積層方向（Ｚ方向）にした構成が、前述したガスの排出方向を電池の積層方向（Ｚ方向）と交差するＸ方向にした構成と異なる。
(Second Embodiment)
The electrical device according to the second embodiment corresponds to, for example, a lithium ion secondary battery 300 as shown in FIGS. 7 and 8. Unlike the above-described lithium ion secondary batteries 100 and 200, the lithium ion secondary battery 300 is provided with the discharge portion 50 along the stacking direction (Z direction) of each component. That is, in the lithium ion secondary battery 300 according to the second embodiment, the configuration in which the gas discharge direction is the battery stacking direction (Z direction) is the same as the gas stacking direction (Z direction) described above. Different from the crossed X direction configuration.
第２実施形態においては、前述した第１実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。 In the second embodiment, the same reference numerals are used for components having the same configuration as in the first embodiment described above, and the above description is omitted.
第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池３００の構成について、図７および図８を参照しながら説明する。 The configuration of the lithium ion secondary battery 300 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
図７は、第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池３００を示す斜視図である。図８は、図７のリチウムイオン二次電池３００の排出部５０および外装体７０を示す分解斜視図である。図９は、図７の要部の作用を模式的に示す断面図である。 FIG. 7 is a perspective view showing a lithium ion secondary battery 300 according to the second embodiment. FIG. 8 is an exploded perspective view showing the discharge part 50 and the exterior body 70 of the lithium ion secondary battery 300 of FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the operation of the main part of FIG.
外装体７０は、それぞれ内部に金属板を備え長尺に形成した一対のラミネートシート７１および７２を含んでいる。ラミネートシート７１および７２は、その長手方向（Ｘ方向）の全長を、前述した外装体４０のラミネートシート４１の約半分の長さに形成している。ラミネートシート７１は、短手方向（Ｙ方向）に沿った一方の端部の中央に、排出部５０を接続する連通孔７１ａを開口している。排出部５０を連通孔７１ａに接続したラミネートシート７１は、ラミネートシート７２とともに、発電要素１０１を積層方向（Ｚ方向）に沿った両側から挟持するように被覆して封止している。すなわち、外装体７０は、一対のラミネートシート７１および７２によって、発電要素１０１を内包して、その４辺を封止している。 The exterior body 70 includes a pair of laminate sheets 71 and 72 each having a metal plate therein and formed in a long shape. The laminate sheets 71 and 72 are formed so that the entire length in the longitudinal direction (X direction) is about half the length of the laminate sheet 41 of the exterior body 40 described above. The laminate sheet 71 has a communication hole 71a that connects the discharge unit 50 at the center of one end along the short direction (Y direction). The laminate sheet 71 in which the discharge portion 50 is connected to the communication hole 71a is covered and sealed together with the laminate sheet 72 so as to sandwich the power generating element 101 from both sides along the stacking direction (Z direction). That is, the exterior body 70 encloses the power generation element 101 with a pair of laminate sheets 71 and 72 and seals the four sides thereof.
ラミネートシート７１および７２は、熱圧着の部位を除き、ラミネートシート４１と同様の方法によって、電解液を注入しつつ、脱気した状態で密封している。排出部５０と発電要素１０１は、長手方向（Ｘ方向）であって電極タブを導出させていない側において、互いに隣り合って配設している。ラミネートシート７１の連通孔７１ａに接続した排出部５０は、その開口をＺ方向の図中上方に向けて配設している。 Laminate sheets 71 and 72 are sealed in a deaerated state while injecting an electrolytic solution by a method similar to that of the laminate sheet 41 except for the thermocompression bonding portion. The discharge part 50 and the power generation element 101 are arranged adjacent to each other on the side in the longitudinal direction (X direction) where the electrode tab is not led out. The discharge part 50 connected to the communication hole 71a of the laminate sheet 71 is disposed with its opening facing upward in the figure in the Z direction.
排出部５０は、図９に示すように、ガスをＸ方向に沿って排出する。具体的には、図９（Ａ）に示すように、ラミネートシート７１および７２は、熱封止部７０ａによって端部を封止している。図９（Ａ）において、ラミネートシート７１および７２が内部からガスによって受ける圧力は、第１の圧力以下である。一方、図９（Ｂ）に示すように、ラミネートシート７１および７２が内部からガスによって第１の圧力を超えて加圧されると、ラミネートシート７１および７２が変形しつつ、排出部５０がガスを外部に排出する。図９（Ｂ）において、排出部５０は、ラミネートシート７１および７２の内部の圧力を、第２の圧力まで減圧する。 As shown in FIG. 9, the discharge unit 50 discharges the gas along the X direction. Specifically, as shown in FIG. 9A, the laminate sheets 71 and 72 have their ends sealed by a heat sealing portion 70a. In FIG. 9A, the pressure that the laminate sheets 71 and 72 receive from the inside with the gas is equal to or lower than the first pressure. On the other hand, as shown in FIG. 9B, when the laminate sheets 71 and 72 are pressurized from the inside by the gas to exceed the first pressure, the laminate sheets 71 and 72 are deformed and the discharge unit 50 is gas To the outside. In FIG. 9B, the discharge unit 50 reduces the pressure inside the laminate sheets 71 and 72 to the second pressure.
上述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態に係る作用効果に加えて、以下の構成によって作用効果を奏する。 According to 2nd Embodiment mentioned above, in addition to the effect which concerns on 1st Embodiment mentioned above, there exists an effect by the following structures.
電気デバイス（リチウムイオン二次電池３００）において、排出部５０は、ガスを、発電要素１０１の積層方向（Ｚ方向）に沿った方向に向かって排気部（支持板５３の排出孔５３ａ）から排出する構成とすることができる。 In the electric device (lithium ion secondary battery 300), the discharge unit 50 discharges the gas from the exhaust unit (the discharge hole 53a of the support plate 53) in the direction along the stacking direction (Z direction) of the power generation element 101. It can be set as the structure to do.
このような構成によれば、発電要素１０１から発生したガスを、発電要素１０１の積層方向（Ｚ方向）に沿った方向に排出することができる。すなわち、リチウムイオン二次電池３００を平積みした場合に、発電要素１０１から発生したガスを下方や上方に向かって排出することができる。このように、リチウムイオン二次電池３００の設置環境に応じて、ガスの排出方向を適宜決定することができる。 According to such a configuration, the gas generated from the power generation element 101 can be discharged in a direction along the stacking direction (Z direction) of the power generation elements 101. That is, when the lithium ion secondary battery 300 is stacked, the gas generated from the power generation element 101 can be discharged downward or upward. Thus, the gas discharge direction can be appropriately determined according to the installation environment of the lithium ion secondary battery 300.
特に、発電要素１０１が積層方向（Ｚ方向）に沿って十分な厚みを有する場合、リチウムイオン二次電池３００をＺ方向に沿って複数積層したり、リチウムイオン二次電池３００をＺ方向に沿って他の部材と隣接して配設したりしても、排出部５０の干渉を回避できる。 In particular, when the power generation element 101 has a sufficient thickness along the stacking direction (Z direction), a plurality of lithium ion secondary batteries 300 are stacked along the Z direction, or the lithium ion secondary batteries 300 are stacked along the Z direction. Even if it is arranged adjacent to other members, the interference of the discharge part 50 can be avoided.
（第３実施形態）
第３実施形態に係る車両は、図１０および図１１に示すように、例えば電気自動車４００に相当する。電気自動車４００は、前述したリチウムイオン二次電池１００、２００、または３００を搭載している。
(Third embodiment)
The vehicle according to the third embodiment corresponds to, for example, an electric vehicle 400 as shown in FIGS. 10 and 11. The electric vehicle 400 includes the lithium ion secondary battery 100, 200, or 300 described above.
第３実施形態においては、前述した第１または第２実施形態と同様の構成からなるものについて、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。 In the third embodiment, the same reference numerals are used for components having the same configuration as in the first or second embodiment described above, and the above description is omitted.
第３実施形態に係る電気自動車４００（車両）の構成および作用について、図１０および図１１を参照しながら説明する。 The configuration and operation of the electric vehicle 400 (vehicle) according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
図１０は、第３実施形態に係る電気自動車４００（車両）においてリチウムイオン二次電池１００を充電している状態を模式的に示す斜視図である。図１１は、図１０の電気自動車４００においてリチウムイオン二次電池１００からモータ４３０に給電している状態を模式的に示す斜視図である。 FIG. 10 is a perspective view schematically showing a state in which the lithium ion secondary battery 100 is charged in an electric vehicle 400 (vehicle) according to the third embodiment. FIG. 11 is a perspective view schematically showing a state in which electric power is supplied from the lithium ion secondary battery 100 to the motor 430 in the electric vehicle 400 of FIG.
車両は、例えば電気自動車４００に相当する。電気自動車４００は、電源４１０、検出器４２０、駆動部材に相当するモータ４３０、および制御部４４０を有している。電源４１０は、電気自動車４００の底部に配設し、前述した電気デバイス（リチウムイオン二次電池１００、２００、または３００）を備えている。電源４１０は、充電装置５００から充電し、その充電した電力をモータ４３０に供給する。検出器４２０は、電気自動車４００の底部において電源４１０に隣り合って配設し、電源４１０の例えばリチウムイオン二次電池１００から排出されたガスを検出する。検出器４２０は、リチウムイオン二次電池１００で発生するガスに感度を有する臭気センサーを備えている。モータ４３０は、電気自動車４００の前部に配設し、電源４１０から供給される電力によって駆動し、タイヤを回転させる。 The vehicle corresponds to the electric vehicle 400, for example. The electric vehicle 400 includes a power source 410, a detector 420, a motor 430 corresponding to a driving member, and a control unit 440. The power source 410 is disposed at the bottom of the electric vehicle 400 and includes the above-described electric device (lithium ion secondary battery 100, 200, or 300). The power supply 410 is charged from the charging device 500 and supplies the charged power to the motor 430. The detector 420 is disposed adjacent to the power source 410 at the bottom of the electric vehicle 400, and detects gas discharged from, for example, the lithium ion secondary battery 100 of the power source 410. The detector 420 includes an odor sensor sensitive to the gas generated in the lithium ion secondary battery 100. The motor 430 is disposed in the front part of the electric vehicle 400 and is driven by electric power supplied from the power source 410 to rotate the tire.
制御部４４０は、検出器４２０によるガスの検出結果に基づいて電源４１０における電力の流通を制御する。具体的には、制御部４４０は、図１０に示す電気自動車４００において、検出器４２０がガスを検出すると、電源４１０に対する充電装置５００からの充電を停止させる。また、制御部４４０は、図１１に示す電気自動車４００において、検出器４２０がガスを検出すると、電源４１０からモータ４３０に対する電力の供給を停止させる。 The control unit 440 controls power distribution in the power source 410 based on the gas detection result by the detector 420. Specifically, control unit 440 stops charging power supply 410 from charging device 500 when detector 420 detects gas in electric vehicle 400 shown in FIG. 10. In addition, in the electric vehicle 400 shown in FIG. 11, the control unit 440 stops the supply of electric power from the power source 410 to the motor 430 when the detector 420 detects gas.
制御部４４０は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）は、電源４１０における電力の流通を制御する制御プログラムを格納している。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）は、制御プログラムに基づいて電源４１０における電力の流通に係る作動を制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、制御中に電気自動車４００の各構成部材から取得したデータを一時的に記憶する。 The control unit 440 includes a ROM, a CPU, and a RAM. A ROM (Read Only Memory) stores a control program for controlling power distribution in the power supply 410. A CPU (Central Processing Unit) controls an operation related to power distribution in the power supply 410 based on a control program. A RAM (Random Access Memory) temporarily stores data acquired from each component of the electric vehicle 400 during control.
上述した第３実施形態によれば、以下の構成によって作用効果を奏する。 According to 3rd Embodiment mentioned above, there exists an effect by the following structures.
車両（電気自動車４００）は、電源４１０、検出器４２０、および制御部４４０を有している。電源４１０は、前述したリチウムイオン二次電池１００、２００、または３００を備えている。検出器４２０は、電源４１０のリチウムイオン二次電池１００、２００、または３００から排出されたガスを検出する。制御部４４０は、検出器４２０によるガスの検出結果に基づいて電源４１０における電力の流通を制御する。 The vehicle (electric vehicle 400) includes a power source 410, a detector 420, and a control unit 440. The power source 410 includes the lithium ion secondary battery 100, 200, or 300 described above. The detector 420 detects gas discharged from the lithium ion secondary battery 100, 200, or 300 of the power source 410. The control unit 440 controls power distribution in the power source 410 based on the gas detection result by the detector 420.
このような構成によれば、電気自動車４００は、電源４１０に備えたリチウムイオン二次電池１００、２００、または３００がガスを排出すると、その電力の流通を制御する。すなわち、例えばリチウムイオン二次電池１００がガスを排出して、その内圧が所定の範囲内に収まったとしても、内圧が高圧となった原因を解析するまでの間、例えばリチウムイオン二次電池１００の状態を適正に管理できる。したがって、例えばリチウムイオン二次電池１００を搭載した電気自動車４００を安全に運行することができる。 According to such a configuration, when the lithium ion secondary battery 100, 200, or 300 provided in the power supply 410 discharges the gas, the electric vehicle 400 controls the distribution of the electric power. That is, for example, even if the lithium ion secondary battery 100 discharges gas and the internal pressure falls within a predetermined range, the lithium ion secondary battery 100 is in a period until the cause of the high internal pressure is analyzed, for example. Can be managed properly. Therefore, for example, the electric vehicle 400 equipped with the lithium ion secondary battery 100 can be operated safely.
さらに、車両（電気自動車４００）において、制御部４４０は、検出器４２０がガスを検出すると、電源４１０に対する外部（充電装置５００）からの充電を停止させる、または電源４１０から駆動部（モータ４３０）に対する電力の供給を停止させる構成とすることができる。 Furthermore, in the vehicle (electric vehicle 400), when the detector 420 detects gas, the control unit 440 stops charging from the outside (the charging device 500) with respect to the power source 410 or from the power source 410 to the driving unit (motor 430). It can be set as the structure which stops supply of the electric power with respect to.
このような構成によれば、電源４１０に対する外部（充電装置５００）からの充電を停止させる制御において、電気自動車４００は、電源４１０に備えた例えばリチウムイオン二次電池１００が過充電の状態となっている可能性がある場合に、その充電を一旦停止させることができる。したがって、例えばリチウムイオン二次電池１００の性能を保持することができる。 According to such a configuration, in the control for stopping charging from the outside (charging device 500) with respect to the power source 410, the electric vehicle 400 is in an overcharged state, for example, the lithium ion secondary battery 100 provided in the power source 410. If there is a possibility that the charging has occurred, the charging can be temporarily stopped. Therefore, for example, the performance of the lithium ion secondary battery 100 can be maintained.
また、このような構成によれば電源４１０からモータ４３０に対する電力の供給を停止させる制御において、電気自動車４００は、例えばリチウムイオン二次電池１００の内圧が高圧となった原因を解析するまでの間、その運行を保留することができる。 Further, according to such a configuration, in the control for stopping the supply of power from the power source 410 to the motor 430, the electric vehicle 400 is in a period until, for example, analyzing the cause of the high internal pressure of the lithium ion secondary battery 100. The operation can be suspended.
上記の電源４１０からモータ４３０に対する電力の供給を停止させる制御は、勿論、一定の運行時間または一定の運行距離を経てから、その制御を実行させる構成とすることもできる。この場合、電気自動車４００が停止する旨を、運転手や同乗者に報知する構成を加えることもできる。 Of course, the control for stopping the supply of power from the power source 410 to the motor 430 may be performed after a certain operation time or a certain operation distance. In this case, a configuration for notifying the driver and passengers that the electric vehicle 400 is stopped may be added.
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。 In addition, the present invention can be variously modified based on the configurations described in the claims, and these are also within the scope of the present invention.
第１および第２実施形態では、排出部を外装体の外部に配設する構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。排出部は、発電要素と共に外装体の内部に配設する構成にも適用することができる。 In 1st and 2nd embodiment, although the structure which arrange | positions a discharge part outside the exterior body was demonstrated, it is not limited to such a structure. The discharge part can also be applied to a configuration in which the discharge part is disposed inside the exterior body together with the power generation element.
第１〜第３実施形態では、電気デバイスを例えば二次電池の構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。電気デバイスは、例えば再充電をしない一次電池であってもよいし、電池以外のデバイスにも適用することができる。 In the first to third embodiments, the electric device has been described with the configuration of, for example, a secondary battery, but is not limited to such a configuration. The electrical device may be, for example, a primary battery that is not recharged, or can be applied to devices other than batteries.
また、第１〜第３実施形態では、二次電池を例えばリチウムイオン二次電池の構成で説明したが、このような構成に限定されることはない。二次電池は、例えば、ポリマーリチウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池として構成することができる。 In the first to third embodiments, the secondary battery has been described as a lithium ion secondary battery, for example. However, the present invention is not limited to such a configuration. The secondary battery can be configured as, for example, a polymer lithium battery, a nickel-hydrogen battery, or a nickel-cadmium battery.
また、第３実施形態では、電気自動車４００の検出器４２０は、電源４１０から排出されたガスを臭気センサーによって検出する構成として説明したが、このような構成に限定されることはない。検出器４２０は、例えば、封止弁５５の位置変化を歪みゲージを用いて検出する構成としてもよい。 Moreover, in 3rd Embodiment, although the detector 420 of the electric vehicle 400 demonstrated as a structure which detects the gas discharged | emitted from the power supply 410 with an odor sensor, it is not limited to such a structure. The detector 420 may be configured to detect a change in the position of the sealing valve 55 using a strain gauge, for example.
１０ 正極、
１１ 正極集電体、
１１ａ 正極電極端子、
１２ 正極活物質、
２０ 負極、
２１ 負極集電体、
２１ａ 負極電極端子、
２２ 負極活物質、
３０ セパレータ、
４０，７０ 外装体、
７０ａ 熱封止部、
４１，７１，７２ ラミネートシート、
４１ａ，７１ａ 連通孔（開口）、
５０，６０ 排出部、
５１ 弁座、
５２ 外筒、
５３ 支持板、
５３ａ 排出孔（排気部）、
５４ 螺旋バネ（弾性体）、
５５ 封止弁（封止部材）、
５６ 熱融着テープ、
６４ 板バネ（弾性体）、
６４ａ 基端部、
１００，２００，３００ リチウムイオン二次電池（電気デバイス）、
１０１ 発電要素、
４００ 電気自動車（車両）、
４１０ 電源、
４２０ 検出器、
４３０ モータ（駆動部材）、
４４０ 制御部、
５００ 充電装置、
Ｘ リチウムイオン二次電池の長手方向、
Ｙ リチウムイオン二次電池の短手方向、
Ｚ リチウムイオン二次電池の積層方向。
10 positive electrode,
11 positive electrode current collector,
11a positive electrode terminal,
12 cathode active material,
20 negative electrode,
21 negative electrode current collector,
21a negative electrode terminal,
22 negative electrode active material,
30 separator,
40,70 exterior body,
70a heat sealing part,
41, 71, 72 laminate sheet,
41a, 71a communication hole (opening),
50,60 discharge part,
51 Valve seat,
52 outer cylinder,
53 support plate,
53a exhaust hole (exhaust part),
54 Spiral spring (elastic body),
55 sealing valve (sealing member),
56 heat sealing tape,
64 leaf spring (elastic body),
64a proximal end,
100, 200, 300 Lithium ion secondary battery (electric device),
101 power generation elements,
400 electric car (vehicle),
410 power supply,
420 detector,
430 motor (drive member),
440 control unit,
500 charger,
X The longitudinal direction of the lithium ion secondary battery,
Y Short direction of lithium ion secondary battery,
Z Stacking direction of lithium ion secondary battery.
Claims (8)
前記発電要素を収納し、開口を有する外装体と、
前記外装体の前記開口に設けられ、前記発電要素から発生したガスによって前記外装体の内方の圧力が第１の圧力を超えると前記ガスを前記外装体の外部に放出して第２の圧力まで減圧する排出部と、を有する電気デバイス。 A power generation element in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator;
An exterior body that houses the power generation element and has an opening;
When the internal pressure of the exterior body exceeds the first pressure by the gas generated from the power generation element provided in the opening of the exterior body, the gas is released to the outside of the exterior body to generate a second pressure. An electrical device having a discharge section for decompressing to a minimum.
前記封止部材は、前記外装体の内方の圧力が前記第１の圧力を超えると前記孔から離間し、前記外装体の内方の圧力が前記第２の圧力以下になると前記孔を封止する請求項１または２に記載の電気デバイス。 The discharge part includes a sealing member that covers and seals a hole opened in the exterior part, and a pressing member that presses the sealing member against the hole,
The sealing member separates from the hole when the inner pressure of the exterior body exceeds the first pressure, and seals the hole when the inner pressure of the exterior body becomes equal to or lower than the second pressure. The electric device according to claim 1, wherein the electric device is stopped.
前記電気デバイスから排出された前記ガスを検出する検出器と、
前記検出器による前記ガスの検出結果に基づいて前記電源における電力の流通を制御する制御部と、を有する車両。 A power supply comprising the electrical device according to any one of claims 1 to 6,
A detector for detecting the gas discharged from the electrical device;
And a control unit that controls distribution of electric power in the power source based on a detection result of the gas by the detector.
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